JPWO2003007357A1 - ドライエッチング方法 - Google Patents

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Abstract

エッチングガスとしてＣＦ４＋Ｏ２のガスを使用し、レジストからなり所定形状にパターニングされたマスク層１０５を介して、プラズマエッチングにより有機系反射防止膜１０４をエッチングする。これにより、従来に比べて、有機系反射防止膜の側壁部分の形状を良好な状態にエッチングすることができる。

Description

技術分野
本発明は、半導体装置の製造におけるドライエッチング方法に係り、特に、フォトレジストからなるマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法に関する。
背景技術
近年、半導体装置の製造分野においては、ステッパ等による露光の際に、レジスト膜内での多重干渉に起因する定在波の発生を防止する等のために、反射防止膜（ＡＲＣ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｒｅｃｔｉｎｇ Ｃｏａｔｉｎｇ）膜）が多用されている。かかる反射防止膜の一つとして、従来から有機系高分子を用いた有機系反射防止膜が用いられている。
図８は、上記有機系反射防止膜を用いた半導体装置の製造工程の一例を示すものである。
図８（ａ）に示すように、半導体ウエハ（シリコン基板）２０１上には、シリコン酸化膜等からなる絶縁層２０２、ポリシリコン等からなる導体層２０３が形成されており、この導体層２０３上に、スピンコーティング等の方法によって、有機系反射防止膜２０４と、フォトレジストからなるマスク層２０５が形成されている。
そして、まず、ステッパ等による露光工程、及び、現像装置による現像工程により、フォトレジストからなるマスク層２０５を露光、現像し、図８（ｂ）に示すように、マスク層２０５を所定のパターンに形成する。この後、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスとからなるエッチングガスを使用したプラズマエッチングにより、マスク層２０５を介して有機系反射防止膜２０４をエッチングし、図８（ｃ）に示すように、有機系反射防止膜２０４を所定のパターンにパターニングする。
しかる後、マスク層２０５及び有機系反射防止膜２０４を介して、導体層２０３をエッチングして、所定の形状にパターニングし、この後、マスク層２０５及び有機系反射防止膜２０４をアッシングにより除去する（図示せず）。
上述したとおり、従来では、Ｃｌ２ガスとＯ２ガスとからなるエッチングガスを使用したプラズマエッチングにより、有機系反射防止膜のエッチングが行われている。
しかしながら、かかる従来の方法では、図８（ｃ）に示すように、有機系反射防止膜２０４の側壁部分２０４ａがテーパ状となり、側壁部分の形状を垂直にできないという問題がある。
さらに、図９に示すように、形成されるパターンの形状が、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分（図中左側部分）と、隣接するパターン同士か離間して疎に配置された部分（図中右側部分）を有する場合には、上記の側壁部分の形状が、パターンが密に配置された部分と、疎に配置された部分とによって、異なる傾向がある。
つまり、図９に示す例では、パターンが密に配置された部分より、パターンが疎に配置された部分において、側壁部分のテーパ形状が著しくなる傾向がある。
さらにまた、かかる側壁部分の形状は、一枚の半導体ウエハの面内であっても、その中央部と周縁部で異なる傾向もある。
このため、例えば、エッチングガスの流量や圧力、エッチング中の半導体ウエハの温度、平行平板型のプラズマエッチング装置における電極に印加する高周波電力等のエッチング条件を調整して、上記の側壁部分の形状を制御しようとしても、半導体ウエハの中央部、周縁部、及び、パターンの疎部分、密部分の全ての部位において、側壁部分の形状が良好になるようにエッチングすることが、困難であった。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、従来に較べて、有機系反射防止膜の側壁部分の形状を良好な状態にエッチングすることのできるドライエッチング方法を提供することにある。
本発明のドライエッチング方法は、所定のパターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングすることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記所定のパターンが、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有することを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、ＡｒＦフォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。
また、本発明のドライエッチング方法は、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分と隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有する所定パターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングすることを特徴とする。
また、本発明のドライエッチング方法は、前記エッチングガスが、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを略同量含むことを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明のドライエッチング方法は、所定のパターンに形成された少なくとも一つのマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、前記少なくとも一つのマスク層を横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスとして、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、ＡｒＦフォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスとして、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスの総流量に対するＯ２ガスの流量比（Ｏ２流量／（ＣＦ４流量＋Ｏ２流量））を変化させてトリミング量を制御することを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、下部電極に印加する高周波電力の電力密度を変化させてトリミング量を制御することを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態を説明するため、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡大して模式的に示すものである。
同図（ａ）に示すとおり、半導体ウエハ（シリコン基板）１０１上には、シリコン酸化膜等からなる絶縁層１０２、ポリシリコン等からなる導体層１０３が形成されており、この導体層１０３上に、スピンコーティング等の方法によって、有機系反射防止膜１０４と、フォトレジストからなるマスク層１０５が形成されている。
そして、まず、ステッパ等による露光工程、及び、現像装置による現像工程により、フォトレジストからなるマスク層１０５を露光、現像し、図１（ｂ）に示すように、マスク層１０５を所定のパターンに形成する。この後、図１（ｂ）に示す状態から、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとからなるエッチングガスを使用したプラズマエッチングにより、マスク層１０５を介して有機系反射防止膜１０４をエッチングし、図１（ｃ）に示すように、有機系反射防止膜１０４を所定のパターンにパターニングする。なお、上記有機系反射防止膜１０４のエッチング工程の後、マスク層１０５及び有機系反射防止膜１０４を介して、導体層１０３をエッチングして、所定の形状にパターニングし、この後、マスク層１０５及び有機系反射防止膜１０４をアッシングにより除去する。
図２は、本発明の実施形態に使用するプラズマ処理装置（エッチング装置）の構成の一例を模式的に示すものである。同図に示すように、エッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
このエッチング装置１は、例えば表面が陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。このサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒体室７が設けられている。そして、導入管８を介して温度調節媒体室７に温度調節媒体が導入、循環され、排出管９から排出される。このような温度調節媒体の循環により、サセプタ５を所望の温度に制御できるようになっている。
サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在された構成となっている。静電チャック１１は、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガスなど）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようになつている。
サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、セラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっている。
また、サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の内部に支持されている。上部電極２１は、サセプタ５との対向面を構成し多数の吐出孔２３を有する電極板２４（例えば石英からなる）と、この電極２４を支持する電極支持体２５（導電性材料例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる）とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされている。
上部電極２１における電極支持体２５の中央には、ガス導入口２６が設けられている。このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図２には、上記の処理ガス供給源３０等からなる処理ガス供給系を１つのみ図示しているが、これらの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、ＣＦ４、Ｏ２、Ｎ２、ＣＨＦ３等のガスを夫々独立に流量制御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
一方、チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５か接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバー２内を所定の減圧雰囲気（例えば０．６７Ｐａ以下）まで真空引き可能に構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられている。このゲートバルブ３２を開にした状態で、ウエハＷが、隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の電力を印加することにより、チャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の周波数が採用される。
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体であるウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、典型的には図示した１３．５６ＭＨＺまたは８００ＫＨｚ等の周波数が採用される。
次に、上記構成のエッチング装置１によって、ウエハＷに形成された有機系反射防止膜１０４を、フォトレジストからなるマスク層１０５を介して所定のパターンにエッチングする工程について説明する。
まず、前述したように、有機系反射防止膜１０４、及び、所定パターンにパターニングされたマスク層１０５等が形成されたウエハＷを、ゲートバルブ３２を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そして、直流電源１３から直流電圧を印加することによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真空引する。この後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からＣＦ４＋Ｏ２のエッチングガスを、マスフローコントローラ２９によってその流量を調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図２の矢印に示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。これとともに、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。そして、第１の高周波電源４０及び第２の高周波電源５０から、上部電極２１及び下部電極としてのサセプタ５に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化して、ウエハＷの有機系反射防止膜１０４のエッチングを行い、前述した図１（ｃ）の状態となった時点でエッチング工程を終了する。
上述の工程により、図３に示すように、所定のパターンが、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分（図中左側部分、ライン：スペース＝１：１）と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分（図中右側部分、ライン：スペース＝１：１０以上）とを有する形状のパターンとされた２００ｍｍウエハを、第１の実施例として、以下の条件、
エッチングガス：ＣＦ４（流量３５ＳＣＣＭ）＋Ｏ２（流量５ＳＣＣＭ）
ＣＦ４の流量 ：Ｏ２の流量＝７：１
圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：３２５Ｗ
下部電極印加高周波電力：３０Ｗ
電極間距離 ：８０ｍｍ
サセプタ温度：８０℃
でエッチングを行った。
上記第１の実施例のエッチング工程によって得られた有機系反射防止膜のパターンについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察したところ、図３に示すように、有機系反射防止膜１０４の側壁部分の形状が、略垂直な良好な形状であった。また、このような良好な形状は、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分、及び、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分のいずれにおいても、さらに、ウエハの中央部、周縁部のいずれにおいても変わらなかった。また、かかる有機系反射防止膜のパターンについて、設計値の線幅と、実際にエッチングによって形成されたパターンの線幅とのずれ（ＣＤシフト）を、ウエハの面内の各部（ウエハの中央部と周縁部）において、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分、及び、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分の双方で測定した。
図４のグラフは、この測定結果を示すもので、縦軸はＣＤシフト（ｎｍ）、横軸はウエハ面内における径方向位置（ウエハ中心からの距離）（ｍｍ）を示している。
また、図４のグラフにおいて、実線Ａは隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分のＸ方向の線幅の測定結果、実線Ｂは隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分のＸ方向の線幅の測定結果、実線Ｃは隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分のＹ方向の線幅の測定結果、実線Ｄは隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分のＹ方向の線幅の測定結果を、夫々示している。
同図に示すように、第１の実施例においては、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅のばらつきも小さく、ウエハ面内における線幅のばらつきも小さかった。ＣＤシフトの平均値は、−１９．８ｎｍであり、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅の差は４．４ｎｍであった。
比較のために、従来から使用されているＣｌ２＋Ｏ２からなるエッチングガスを使用して、上記と同様なパターンの有機系反射防止膜のエッチングを以下の条件、
エッチングガス：Ｃｌ２（流量１０ＳＣＣＭ）＋Ｏ２（流量３０ＳＣＣＭ）
圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：３２５Ｗ
下部電極印加高周波電力：３０Ｗ
電極間距離 ：８０ｍｍ
サセプタ温度：８０℃
で行った。
上記エッチングによって得られた有機系反射防止膜のパターンについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察したところ、図９に示したように、有機系反射防止膜２０４の側壁部分の形状が、テーパ状となった。
また、かかる有機系反射防止膜のパターンについて、設計値の線幅と、実際にエッチングによって形成されたパターンの線幅とのずれ（ＣＤシフト）を測定した結果を、図４のグラフと同様に表した図１０のグラフに示す。
同図に示すように、図４のグラフに示した前述の実施例の場合と比較して、比較例においては、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅のばらつきも大きく、ウエハ面内における線幅のばらつきも大きかった。ＣＤシフトの平均値は、−２９．９ｎｍであり、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅の差は１４．６ｎｍであった。
次に、第２の実施例として、前述したＣＦ４＋Ｏ２のエッチングガスを、Ｎ２＋Ｏ２のエッチングガスに変更し、図３に示すように、所定のパターンが、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分（図中左側部分）と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分（図中右側部分）とを有する形状のパターンとされたものを、以下の条件、
エッチングガス：Ｎ２（流量２０ＳＣＣＭ）＋Ｏ２（流量２０ＳＣＣＭ）
圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：３２５Ｗ
下部電極印加高周波電力：３０Ｗ
電極間距離 ：８０ｍｍ
サセプタ温度：８０℃
でエッチングを行った。
上記第２の実施例のエッチング工程によって得られた有機系反射防止膜のパターンについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察したところ、前述した第１の実施例と同様に、有機系反射防止膜の側壁部分の形状を、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分、及び、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分のいずれにおいても、略垂直な良好な形状とすることができた。
また、かかる有機系反射防止膜のパターンについて、設計値の線幅と、実際にエッチングによって形成されたパターンの線幅とのずれ（ＣＤシフト）を測定した結果を、図４のグラフと同様に表した図５のグラフに示す。
図５のグラフに示されるとおり、第２の実施例においても、前述した第１の実施例と同様に、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅のばらつきが小さく、ウエハ面内における線幅のばらつきも小さかった。ＣＤシフトの平均値は、−５０．３ｎｍであり、パターンが密に配置された部分と疎に配置された部分との線幅の差は２．６ｎｍであった。
また、この第２の実施例では、上記したように、ＣＤシフトの平均値が−５０．３ｎｍと大きい。このため、設計値の線幅より、実際の線幅が細くなるが、予め、マスク層の線幅を広く設定しておき、この線幅をエッチング工程によって狭くする（トリミングする）ことにより、マスク層の露光、現像工程において、無理にマスク層の線幅を細くすることなく、エッチング工程におけるトリミングによって、結果として、線幅の細い配線等を形成することができる。
すなわち、上記第２の実施例におけるエッチング工程によれば、露光工程、現像工程において形成するフォトレジストからなるマスク層の線幅を、予め、実際の線幅より５０ｎｍ太くしておくことにより、エッチング工程におけるトリミングで、必要とされる細い線幅の配線等を形成することができる。
ところで、近年では、ＡｒＦガスを発光源としたレーザー光で露光するレジスト、所謂ＡｒＦレジストが使用されるようになっている。このＡｒＦレジストは、従来のＫｒＦレジストに比べてより微細なパターンを形成できる。しかし、耐プラズマ性が低いので、レジスト表面荒れが生じたり、被エッチング部との選択比（エッチング速度比）が小さく、また、レジスト倒れが生じるという問題がある。なお、ＡｒＦレジストを構成する主要な物質は、例えば、シクロオレフィン樹脂、脂環族含有アクリル樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂、等である。
このようなＡｒＦレジストを用いた場合にも、本発明を適用することができる。以下、このようなＡｒＦレジストを用いた実施形態について説明する。
図６は、ＡｒＦレジストを用いた実施形態を説明するため、半導体ウエハ（シリコン基板）の縦断面の一部を拡大して模式的に示すものである。
図６に示す半導体ウエハでは、図６（ａ）に示すとおり、ポリシリコン膜１２１上に、シリコン酸化膜１２２が所定膜厚で（本実施形態では５０ｎｍ）形成され、このシリコン酸化膜１２２上に有機系反射防止膜１２３が所定膜厚で（本実施形態では８０ｎｍ）形成されている。また、有機系反射防止膜１２３の上には、前述したような露光工程、現像工程を経て所定のパターンにパターニングされた所定膜厚の（本実施形態では２４０ｎｍ）ＡｒＦレジスト１２４が形成されている。なお、本実施形態では、ＡｒＦレジスト１２４の線幅（図中ｄで示す）は、８０ｎｍとされている。
そして、図６（ａ）に示す状態から、まずＣＦ４ガスとＯ２ガスとからなるエッチングガスを使用したプラズマエッチングにより、ＡｒＦレジスト１２４（マスク層）を介して有機系反射防止膜１２３をエッチングし、図６（ｂ）に示すように、有機系反射防止膜１２３を所定のパターンにパターニングする。
この後、図６（ｂ）に示す状態から、ＡｒＦレジスト１２４（マスク層）及び有機系反射防止膜１２３を介して、シリコン酸化膜１２２を、ＣＦ４ガスとＣＨＦ３ガスとからなるエッチングガスを使用したプラズマエッチングにより、図６（ｃ）に示すように、所定のパターンにパターニングする。
そして、この後、ＡｒＦレジスト１２４及び有機系反射防止膜１２３をアッシング等により除去する。
以上の工程により、有機系反射防止膜１２３及びシリコン酸化膜１２２をエッチングすることにより、ＡｒＦレジスト１２４の表面荒れや、レジスト倒れを起こすことなく、シリコン酸化膜１２２をエッチングすることができる。
また、有機系反射防止膜１２３のエッチング工程では、前述したトリミングを行うことができるが、このトリミング量の制御も容易に行うことができ、また、シリコン酸化膜１２２のエッチング工程では、このトリミングされた線幅をほとんど変化させることなく、エッチングを行うことができる。
上述の工程により、直径２００ｍｍのウエハを、第３の実施例として、以下の条件でエッチングを行った。また、エッチングガスの総流量（ＣＦ４＋Ｏ２）に対するＯ２ガスの流量比を変化させた際のトリミング量の変化を調べるため、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］を変更して、複数回のエッチングを行った。
（有機系反射防止膜のエッチング）
エッチングガス：ＣＦ４＋Ｏ２（総流量４０ｓｃｃｍ）
圧力：０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：３００Ｗ
下部電極印加高周波電力：６０Ｗ
電極間距離：１４０ｍｍ
温度（トップ／ウォール／ボトム）：８０／６０／７５℃
Ｈｅガス圧力（センター／エッジ）：４００／４００Ｐａ（３Ｔｏｒｒ） オーバーエッチング：１０％
（シリコン酸化膜のエッチング）
エッチングガス：ＣＦ４（流量２０ｓｃｃｍ）＋ＣＨＦ３（流量２０ｓｃｃｍ） 圧力：５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：６００Ｗ
下部電極印加高周波電力：１００Ｗ
電極間距離：１４０ｍｍ
温度（トップ／ウォール／ボトム）：８０／３０／６５℃
Ｈｅガス圧力（センター／エッジ）：１３００／１３００Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）オーバーエッチング：１０％
上記第３の実施例のエッチング工程によって得られたパターンについて、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で観察したところ、ＡｒＦレジストの表面荒れや、レジスト倒れを起こすことなく、有機系反射防止膜及びシリコン酸化膜をエッチングすることができた。
また、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］を変更することにより、有機系反射防止膜のトリミング量の制御を、容易に行うことができた。このトリミング量の制御の結果を図７に示す。図７のグラフは、縦軸をトリミング量（ｎｍ）、横軸を［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］の比（％）として、これらの関係を示すもので、図中三角形の印で、第３の実施例の結果を示してある。なお、この場合、下部電極に印加された単位面積当たりの高周波電力量（ＲＦ電力密度）は、０．１９Ｗ／ｃｍ２である。同図に示されるように、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］を変化させることによって、略直線状にトリミング量を変化させることができた。
また、シリコン酸化膜のエッチング工程では、線幅をほとんど変化させることなく（トリミング量が少なく）、エッチングを行うことができた。このシリコン酸化膜のエッチング工程におけるトリミング量（線幅減少量）は、平均で−０．２ｎｍであった。
次に、上記第３の実施例と同様な有機系反射防止膜のエッチングを、直径３００ｍｍのウエハについて、第４の実施例として、以下の条件で行った。
（有機系反射防止膜のエッチング）
エッチングガス：ＣＦ４＋Ｏ２（総流量８０ｓｃｃｍ）
圧力：０．９３Ｐａ（７ｍＴｏｒｒ）
上部電極印加高周波電力：１００Ｗ
下部電極印加高周波電力：４００Ｗ
電極間距離：１７０ｍｍ
温度（トップ／ウォール／ボトム）：８０／６０／７５℃
Ｈｅガス圧力（センター／エッジ）：６７０／６７０Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）オーバーエッチング：１０％
上記第４の実施例における、トリミング量（ｎｍ）と、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］の比（％）の関係を、前述した図７のグラフに円形の印で示す。同図に示されるように、第４の実施例においても、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］を変化させることによって、略直線状にトリミング量を変化させることができた。
ところで、この第４の実施例における下部電極に印加された単位面積当たりの高周波電力量（ＲＦ電力密度）は、０．５７Ｗ／ｃｍ２である。この値は、前述した第３の実施例における０．１９Ｗ／ｃｍ２より高い。そして、この結果、図７に示されるように、トリミング量は、第３の実施例と比べると相対的に増加している。これは、下部電極に印加する電力密度が大きいほど、イオンエネルギーが増加し、横方向へのエッチング（トリミング）が進行するためと考えられる。
したがって、［Ｏ２流量／（ＣＦ４＋Ｏ２）流量］を一定とし、下部電極に印加する高周波電力の電力量（電力密度）を変えることによっても、トリミング量を制御することができる。
なお、上記の各例では、平行平板型であって、上部電極と下部電極の双方に高周波電力を供給してエッチングを行うエッチング装置を使用した実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、あらゆるプラズマエッチング装置を使用できること、例えば、上部電極、下部電極の一方の電極のみに高周波電力を供給する方式のエッチング装置、磁場を用いてプラズマを制御するエッチング装置等を使用できることは、勿論である。
産業上の利用可能性
本発明に係るドライエッチング方法は、半導体装置の製造を行う半導体製造産業等において使用することが可能である。したがって、本発明は産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態を説明するためのウエハ断面の構成を模式的に示す図。
図２は、本発明の一実施形態に使用する装置の構成の例を示す図。
図３は、本発明の一実施形態におけるパターンの構成を説明するための図。
図４は、第１の実施例におけるＣＤシフトの測定結果を示す図。
図５は、第２の実施例におけるＣＤシフトの測定結果を示す図。
図６は、本発明の他の実施形態を説明するためのウエハ断面の構成を模式的に示す図。
図７は、ガス流量比とトリミング量の関係の測定結果を示す図。
図８は、従来の技術を説明するためのウエハ断面の構成を模式的に示す図。
図９は、従来の技術におけるパターンの構成を説明するための図。
図１０は、比較例におけるＣＤシフトの測定結果を示す図。
【０００３】
の形状を制御しようとしても、半導体ウエハの中央部、周縁部、及び、パターンの疎部分、密部分の全ての部位において、側壁部分の形状が良好になるようにエッチングすることが、困難であった。
発明の開示
そこで、本発明の目的は、従来に較べて、有機系反射防止膜の側壁部分の形状を良好な状態にエッチングすることのできるドライエッチング方法を提供することにある。
本発明のドライエッチング方法は、所定のパターンに形成されたＡｒＦフォトレジストからなるマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングすることを特徴とする。
また、本発明のドライエッチング方法は、所定のパターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングするとともに、前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。
【０００４】
また、本発明のドライエッチング方法は、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分と隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有する所定パターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングするとともに、前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。
また、本発明のドライエッチング方法は、所定のパターンに形成された少なくとも一つのマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、前記少なくとも一つのマスク層を横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とする。また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスとして、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、前記マスク層が、ＡｒＦフォトレジストからなることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスとして、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とする。
また、本発明は、上記のドライエッチング方法で、エッチングガスの

Claims (16)

  1. 所定のパターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、
    ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
  2. 請求項１記載のドライエッチング方法において、
    前記所定のパターンは、隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分と、隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有することを特徴とするドライエッチング方法。
  3. 請求項１記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とするドライエッチング方法。
  4. 請求項４記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層が、ＡｒＦフォトレジストからなることを特徴とするドライエッチング方法。
  5. 請求項１記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
  6. 隣接するパターン同士が近接して密に配置された部分と隣接するパターン同士が離間して疎に配置された部分を有する所定パターンに形成されたマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、
    Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、前記有機系反射防止膜をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
  7. 請求項６記載のドライエッチング方法において、
    前記エッチングガスが、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを略同量含むことを特徴とするドライエッチング方法。
  8. 請求項６記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とするドライエッチング方法。
  9. 請求項６記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層及び前記有機系反射防止膜を、横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
  10. 所定のパターンに形成された少なくとも一つのマスク層を介して、有機系反射防止膜をエッチングするドライエッチング方法であって、前記少なくとも一つのマスク層を横方向にエッチングして、線幅のトリミングを行うことを特徴とするドライエッチング方法。
  11. 請求項１０記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層が、フォトレジストからなることを特徴とするドライエッチング方法。
  12. 請求項１０記載のドライエッチング方法において、
    エッチングガスとして、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とするドライエッチング方法。
  13. 請求項１１記載のドライエッチング方法において、
    前記マスク層が、ＡｒＦフォトレジストからなることを特徴とするドライエッチング方法。
  14. 請求項１３記載のドライエッチング方法において、
    エッチングガスとして、ＣＦ４ガスとＯ２ガスとを含むエッチングガスを用いることを特徴とするドライエッチング方法。
  15. 請求項１３記載のドライエッチング方法において、
    エッチングガスの総流量に対するＯ２ガスの流量比（Ｏ２流量／（ＣＦ４流量＋Ｏ２流量））を変化させてトリミング量を制御することを特徴とするドライエッチング方法。
  16. 請求項１３記載のドライエッチング方法において、
    下部電極に印加する高周波電力の電力密度を変化させてトリミング量を制御することを特徴とするドライエッチング方法。
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